4. Автогенераторы типа rc

4.1 Целесообразность использования rc- генераторов на низких частотах

Генераторы с колебательным контуром незаменимы как источники синусоидальных высокочастотных колебаний. Для генерирования колебаний с частотами меньше 15…20 кГц они неудобны, так как колебательный контур получается слишком громоздким.

Другим недостатком низкочастотных LC – генераторов является трудность их перестройки в диапазоне частот. Все это обусловило широкое применение на указанных выше частотах RC- генераторов, в которых вместо колебательного контура используются частотные электрические RC-фильтры. Генераторы этого типа могут генерировать достаточно стабильные синусоидальные колебания в относительно широком диапазоне частот от долей герца до сотен килогерц. Они имеют малые размеры и массу, причем эти преимущества RC- генераторов наиболее полно проявляются в области низких частот.

4.2 Структурная схема rc-генератора

Данная схема изображена на рис. № 7.

Рис.№ 7. Структурная схема RC-автогенератора.

Схема содержит усилитель 1, нагруженный резистором и получающий питание от источника постоянного напряжения 3. Для самовозбуждения усилителя, т.е. для получения незатухающих колебаний, необходимо подать на его вход часть выходного напряжения, превышающее входное (или равное ему) и совпадающее с ним по фазе. Иначе говоря, усилитель необходимо охватить положительной обратной связью, причем четырехполюсник обратной связи 2 должен иметь достаточный коэффициент передачи. Эта задача решается в том случае, когда четырехполюсник 2 содержит фазосдвигающую цепь, состоящую из резисторов и конденсаторов сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями 180⁰.

4.3 Принцип работы фазосдвигающей цепи

Схема которой показана на рис. № 8а, иллюстрируется с помощью векторной диаграммы рис. № 8б.

Рис.8. Фазосдвигающие цепи: а- принципиальная схема; б- векторная диаграмма; в,г- трехзвенные цепи

Пусть ко входу этой цепи RC подведено напряжение U1. Оно вызывает в цепи ток I, создающий падения напряжения на конденсаторе

U_C=IX_C=

(где ω-частота напряжения U1) и на резисторе U_R=IR, которое одновременно является выходным напряжением U2. При этом угол сдвига фаз между током I и напряжением Uс равен 90⁰, а между током I и напряжением U_R – нулю. Вектор напряжения U1 равен геометрической сумме векторов U_C и U_R и составляет с вектором U2 угол φ. Чем меньше емкость конденсатора С, тем ближе угол φ к 90⁰.

4.4 Условия самовозбуждения rc – автогенератора

Наибольший угол φ, который можно получить при изменении значений элементов RC- цепи, близок к 90⁰. Практически элементы схемы R и C подбирают так. Чтобы угол φ=60⁰. Следовательно, для получения угла сдвига фаз φ=180⁰, необходимого для выполнения условия баланса фаз. Требуется последовательно включить три звена RC.

На рис. № 8 в,г показаны два варианта схем трехзвенных фазосдвигающих цепей. Сдвиг фаз между выходным и входным напряжением на угол 180⁰ при R1=R2=R3=R и C1=C2=C3=C обеспечивается на частотах: f₀₁≈(в схеме на рис. № 8в) и f₀₂≈(в схеме на рис. № 8г), где R выражено в омах, C- в фарадах, а f₀- в герцах. Значения f₀₁ и f₀₂ одновременно частоту автоколебаний.

Для обеспечения баланса амплитуд коэффициент усиления усилителя К_ус не должен быть меньше коэффициента передачи цепи обратной связи К_о.с.=. Расчеты показывают, что для приведенных схем К_о.с=. Таким образом, автоколебания в RC- генераторах, содержащих трехзвенные фазосдвигающие цепи с одинаковыми звеньями, возможно лишь при выполнении условий

f_авт= f₀₁ (или f_авт= f₀₂); К_ус≥29.